Tank Model for Sediment Yield

A tank model consisting of three tanks was developed for prediction of runoff and sediment yield. The sediment yield of each tank was computed by multiplying the total sediment yield by the sediment yield coefficients; the yield was obtained by the product of the runoff of each tank and the sediment concentration in the tank. The sediment concentration of the first tank was computed from its storage and the sediment concentration distribution (SCD); the sediment concentration of the next lower tank was obtained by its storage and the sediment infiltration of the upper tank; and so on. The SCD, caused by the incremental source runoff (or the effective rainfall), was obtained by the theory of the instantaneous unit sediment graph (IUSG) and a sediment routing function. Using the SCD, the sediment yield was computed from the tank model as well as by the IUSG model. The sediment yield obtained from the tank model was then compared with that from the IUSG model. Finally, the tank model was verified on an upland watershed in northwestern Mississippi.     

生物絮凝泥沙运动输移数学模型

近几十年来,河流中生物絮凝泥沙的运动输移对河流生态系统与水工建筑物等造成的影响,已逐渐成为一个研究热点。本文将泥沙运动输移模型与生物絮凝机理模型耦合起来,构建生物絮凝泥沙运动输移数学模型,以预测富营养水生态系统中生物絮凝泥沙运动输移过程中的浓度及水位变化。模型中,通过求解一维非恒定流圣维南方程来计算水流,将生物絮凝视为导致悬浮泥沙絮团粒径变化的主要因素,通过不饱和非均匀输沙(泥沙/絮团)方法来模拟生物絮凝泥沙的运动。利用文献数据和室内水槽实验来验证生物絮凝泥沙运动输移数学模型,模拟结果与实验数据吻合较好,表明所构建的一维数学模型可以较好地模拟生物絮凝泥沙的输移特性。     

传统泥沙扩散方程的误差分析

基于封闭的两相流颗粒相动理学模型，分析了传统泥沙扩散方程的概念性误差，结合Einstein＆Chein(1955)试验资料对误差作了定量分析。由于不能反映惯性力、升力、泥沙应力梯度等影响，传统泥沙扩散方程仅适用于含细颗粒的低浓度流动；在固液密度比、径深比、沙粒雷诺数和水流能坡较大的流动中，传统泥沙扩散方程的预测结果可能存在较大误差。基于动理学模型的扩散方程能很好描述泥沙的垂向扩散特征，显示了在不同挟沙水流条件下的适用性。     

水流作用下的悬沙垂向扩散系数

利用华东师范大学河口海岸学国家重点实验室的波-流-泥沙变坡水槽,进行系列二维均匀流平衡输沙情况下悬沙扩散特性研究实验.根据实验数据,计算不同水流情况下的悬沙浓度垂向分布,确定悬沙垂向扩散系数及它的垂向分布.所得结果表明悬沙垂向扩散系数与水流扩散系数成正比,其比例系数正比例于摩阻流速;悬沙扩散系数的垂向分布可用抛物线来描述.     

永定新河二维输沙有限元数值模拟

本文应用不平衡输沙原理，并采用一种集中质量矩阵的“迎风”有限元方法对二维泥沙扩散问题建立了数学模型，该模型对永定新河北塘河口作了数值模拟计算，计算的结果与实测的水位、流速、沙量过程进行了验证，验证结果是合理的。     

高含沙水库泥沙运动数学模型的研究及应用

通过修正泥沙运动基本方程，并采用水流挟沙力、河床糙率、异重流计算等方面的最新研究成果，建立起高含沙水库泥沙数学模型。通过选择黄河三门峡水库及巴家嘴水库的泥沙观测资料进行仿真计算，证明了所建模型的可靠性。并应用该数学模型模拟泾河东庄水库泥沙淤积及排沙规律，取得了与泥沙模型试验结果相接近的计算成果，表明该模型具有模拟高含沙水流运动、溯源冲刷、泥沙级配变化、异重流运动等功能。     

雅砻江桐子林电站引水防沙试验研究

本文通过水工模型试验研究了雅砻江桐子林水电站在不同拦沙坎高程、不同运行方式和敞泄拉沙下的引水防沙问题,并提出满足水电站取水防沙要求的有效建议.试验表明,采取合理有效的水电站运行方式亦或敞泄拉沙可以达到良好的引水防沙效果,满足工程规划设计要求.     

明渠水流泥沙运动水深平均及力矩方程的理论和验证

首次提出了水流泥沙运动水深平均及其力矩方程的概念 ,并从理论上推导出这套方程组。提出水流泥沙运动力矩方程的目的有两个 ,一是在不增加空间维数的情况下可以有效地恢复水流泥沙因子沿水深分布信息 ,克服目前普遍使用的水深平均方程过多地忽略沿水深分布信息的缺点 ;二是增强模型的模拟能力。针对这两个目的是否能真正得到体现 ,分别从理论和实验室资料两个方面对新推导的力矩方程进行了全面的检验。理论验证结果表明 ,一维的力矩方程除了能模拟水深平均的流速和含沙量 ,还能够较好地模拟水流泥沙因子沿水深分布信息 ,这充分说明了一维力矩方程的二维特性。为了检验力矩方程的模拟能力 ,特别选取了一些极端的水流泥沙运动实验 ,如清水冲刷、点源加沙和深槽回淤等。模拟结果表明 ,力矩方程对于这些极端的水沙运动具有较好的模拟能力     

感潮河段悬沙数学模型——以长江口为例

感潮河段的水流、泥沙运动有其独特的性质。本文针对其特点 ,水流的挟沙力由水动力因素、泥沙因素共同决定 ,以此建立非均匀悬沙的二维数学模式。模式用于模拟长江口感潮河段的悬沙含量的分布和变化 ,计算的结果与 1996年 9月实测资料拟合的较好 ,并在此基础上分析了感潮河段流速、含沙量与水流挟沙力的确定之间的关系。     

具有河网水沙运动特点的人工神经网络模型

本文将人工神经网络模型与河网水沙连续方程联系，建立了具有河网水沙运动特点的人工神经网络模型，赋予神经网络内部参数物理概念。该模型的特点是对河道地形要求不高，能够满足水沙输移实时预报的要求。利用所建模型对长江中游荆江及洞庭湖区水沙运动规律进行模拟，结果表明该模型能够较好地反映河网水沙输移规律。     

波浪作用下悬移质泥沙运动的两相流数值模型

该文采用基于水沙两相紊流的数值模型对波浪作用下的悬移质泥沙运动进行研究。基本方程中将水相和颗粒相通过相间作用力进行耦合,合理地考虑了相间相对运动的影响。数值计算方法为有限体积法,对流项处理利用了三阶精度的QUICK格式,离散方程组求解采用的是TDMA迭代方法。计算得到的悬移质泥沙垂线时均计算值与不同尺度的水槽实验数据吻合很好,表明数学模型及其计算方法对于低浓度水沙两相问题是合理的。该研究还探讨了悬沙浓度、泥沙沉降速度以及各种相间作用力随时间的分布规律。     

感潮河段水沙数学模型研究与应用

感潮河段的水流和泥沙运动均具有很强的非恒定性,采用有限体积法建立了一套感潮河段平面二维水流泥沙数学模型。模型采用同位网格的SIMPLEC法对水流方程进行离散和求解,较全面地考虑了非均匀悬移质及推移质运动,具有较好的普遍适用性。以长江下游口岸直河段和仪征河段为例,分别对模型作了定床和动床计算,计算结果与实测值符合较好,从而证明了模型的可靠性。     

黄茅海河口湾泥沙输移研究—兼论McLaren模型在河口中应用的问题

以珠江黄茅海河口为例，使用１９８８年４月，１９９２年洪，枯季表层沉积物颗粒分析成果，根据泥沙粒径统计特征值，运用ＭｃＬａｒｅｎ模型分析河口泥沙输移趋势，并结合水动力及水下地形进行综合分析，确定泥沙来源搬运方向，探讨泥沙输移机制。     

泥沙起动条件的非线性理论

本文根据突变理论。分析了非均匀沙起动尖点突变模型的状态变量和控制变量,从尖点突变的标准方程出发,通过坐标变换和拓扑变换得出泥沙起动时的水流条件与泥沙因素之间的函数关系式,建立了能反映泥沙起动的尖点突变模型,得到泥沙起动的临界条件方程。并用尖点突变理论对泥沙起动现象进行了解释。     

尾闾河道及海域整体冲淤数学模型研究

针对黄河下游水少沙多和河口淤积延伸速度快的特点，本文建立了一套包括一维河道和二维海域、适用于多沙河口的整体泥沙冲淤数学模型。模型建立在高含沙的不平衡输沙理论上，采用动边界和动床阻力技术，模型可同时考虑径流、潮流及波浪等多种动力因素共同作用，可用于尾闾河道冲淤、河口泥沙输移扩散和河口演变计算。本文 应用二维模型计算了整个渤海的潮汐过程，得到几个主要分潮的同潮图，计算与实测值符合良好。用1983年汛后至1996年汛前艾山-口门河道地形资料、1996年6～10月和1996年10月～2000年10月的海区地形资料对一、二维连接模型进行了验证。计算结果给出的黄河下游河道的淤积延伸过程、河道水位、河道及海区冲淤量和流路河长延伸等均与实测值基本一致，证实了模型的可靠性。     

高含沙水流二维数值模拟

一定条件下的高含沙水流具有非牛顿体特性，在天然多沙河流中由于地形分布等因素的影响。流动强度差异较大，往往呈现非牛顿体和牛顿体两种不同的流动特性，本文通过引进水流在不同流动状态下的特征，通过数值实验计算对模型进行了初步检验，计算结果与实际观测到的一些现象定性上完全吻合。     

河道及河口一维及二维嵌套泥沙数学模型

建立了一种河道及河口一、二维嵌套的泥沙数学模型，对基本的控制方程、方程的离散和求解方法、嵌套连接条件以及非均匀沙的处理等问题进行了研究。以非恒定非均匀不平衡输沙理论作为本文建模的基础，为方便处理，通过交界面的水位、流量和含沙量等的传递，在每一迭代内进行耦合计算。数值模拟结果与实测资料吻合较好，且计算省时，表明本文建立的嵌套模型是一种解决某些实际工程问题的可靠的和高效的工具。     

Probability model for gravel sediment entrainment in turbulent flows

This paper reports a stochastic model for the prediction of rollover movement probability of gravel particles in turbulent flow. The model is based on the data of a Direct Numerical Simulation of turbulent flow over a rough bed, which is represented by one layer uniform sphere particles. The locations of effective drag and lift forces are explored, as well as the ratio of drag and lift coefficients. The comparison between rollover and pickup probability models indicates that pickup model is valid for cases of critical shear stress less than 0.1 while rollover model works for critical shear stress larger than 0.1. Thus it is reasonable to take into consideration of both of the two models to predict sediment transport behavior in turbulent flows, especially for fluvial rivers which contain different kinds of sediment particles.     

天然河道水流挟沙能力研究

天然河道水流挟沙能力的确定对于利用数学模型来模拟泥沙运动和河床变形具有重要意义。本文在收集大量天然河流实测资料的基础上,对长江、汉江、塔里木河干流、黄河以及三门峡水库的水流挟沙能力进行了分析研究,选定了既适合于低含沙河流也适用于高含沙河流水流挟沙能力的计算公式,探讨了确定挟沙能力系数和指数的方法,避免了利用数学模型计算时系数取值的不确定性,提高了数学模型应用于不同天然河流的适应能力。研究表明,韩其为的高低含沙量统一的挟沙能力公式可以适用于各种不同的天然河流,系数取值稳定,且容易确定。